第五章第三節(jié)ATP的主要來源-細胞呼吸

學習目標1．知識與技能（1）說出線粒體的結(jié)構(gòu)和功能。（2）說明有氧呼吸和無氧呼吸的異同。（3）說明細胞呼吸的原理，并探討其在生產(chǎn)和生活中的應用。（4）進行酵母菌細胞呼吸方式的探究。2．過程與方法（1）通過酵母菌細胞呼吸方式的探究，學生認識到有氧呼吸和無氧呼吸的條件和生成的產(chǎn)物，為后面學習有氧呼吸和無氧呼吸打下了基礎。（2）通過有氧呼吸和無氧呼吸教學課件，讓學生了解細胞呼吸的本質(zhì)是通過有機物的氧化分解為生命活動提供能量，維持細胞的正常生活。（3）通過讓學生分析課本中相關(guān)的圖文資料，說明這些事例中所應用的細胞呼吸原理。（4）通過比較有氧呼吸和無氧呼吸的異同，學會運用對比的方法識記理解相關(guān)的生物學知識，培養(yǎng)綜合分析能力。3．情感態(tài)度與價值觀（1）通過學習有氧呼吸的主要場所，樹立結(jié)構(gòu)和功能相適應的生物學基本觀點。（2）通過分析有氧呼吸與無氧呼吸的關(guān)系，理解生命活動不斷發(fā)展變化以及適應的特性，學會運用發(fā)展變化的觀點認識生命。知識清單一、細胞呼吸方式1．實質(zhì)：細胞呼吸是指①__________在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成②__________或其他產(chǎn)物，釋放出能量并生成③__________的過程。2．類型：④__________和⑤__________。3．探究酵母菌細胞呼吸的方式（1）設計思路：設計和進行⑥__________實驗，分析⑦__________條件下和⑧__________條件下酵母菌細胞呼吸情況。（2）結(jié)果：①有氧條件下，酵母菌產(chǎn)生⑨_______。②⑩__________條件下，酵母菌產(chǎn)生?__________。二、細胞呼吸過程1．有氧呼吸（1）必要條件：有?_________參與，?_________催化。（2）主要場所：?__________，在其基質(zhì)和?__________上含有許多與有氧呼吸有關(guān)的酶。（3）總反應式：?____________________________。（4）過程第一階段①物質(zhì)變化：C6H12O6――→?______________+少量【H】+少量能量；②場所：?____________________

。酶第二階段①物質(zhì)變化：?___________

+?_________

―→21__________+大量【H】+少量能量；②場所：22_____________。第三階段①物質(zhì)變化：23________+24_________―→H2O+25__________；②場所：26_______________上。（5）能量轉(zhuǎn)化1.mol葡萄糖徹底氧化分解后，釋放出2870kJ的能量，其中27___________的能量儲存在28___________中，其余的以29_________形式散失掉。2.無氧呼吸（1）條件：缺氧。（2）場所：30_________。（4）化學反應式

①C6H12O6―→33__________+少量能量

②C6H12O6―→34_________+35_________+少量能量（5）能量轉(zhuǎn)化1.Mol葡萄糖經(jīng)過不徹底氧化分解產(chǎn)生乳酸時，只釋放出196.65kJ的能量，其中有36____________的能量儲存在ATP中，其余以37__________形式散失。酶酶三、細胞呼吸原理的應用1.38_____________的應用：如松軟的“創(chuàng)可貼”、“松土”、稻田排水等。2.39_____________的應用：如皮膚破損較深或被銹釘扎傷后，注射破傷風抗毒血清；不要劇烈運動等。答案：①有機物②CO2③ATP④有氧呼吸⑤無氧呼吸⑥對比⑦有氧⑧無氧⑨水和大量CO2⑩無氧?酒精和少量CO2?氧氣?酶?線粒體?內(nèi)膜?C6H12O6+6H2O+6O2―→6CO2+12H2O+能量?2個丙酮酸?細胞質(zhì)基質(zhì)?（2個）丙酮酸?H2O21CO2

22線粒體基質(zhì)23【H】24O2

25大量能量26線粒體內(nèi)膜271161kJ28ATP29熱能30細胞質(zhì)基質(zhì)31酒精32乳酸332C3H6O3

342C2H5OH352CO2

3661.08kJ37熱能38有氧呼吸39無氧呼吸酶難點互動難點1：探究酵母菌細胞呼吸方式1.設計思路——設計對比實驗控制變量→結(jié)果比較分析→得出結(jié)論（有氧、無氧條件）（CO2的多少）（兩種呼吸方式）2.實驗原理（1）酵母菌是兼性厭氧菌，在有氧和無氧條件下均能生存，有氧呼吸產(chǎn)生H2O和CO2，無氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2（2）CO2可使澄清的石灰水變混濁，也可使溴麝香草酚藍水溶液由藍變綠再變黃。根據(jù)石灰水混濁程度或溴麝香草酚藍水溶液變成黃色的時間長短，可以檢測酵母菌培養(yǎng)液中CO2的產(chǎn)量；橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下與酒精發(fā)生化學反應，變成灰綠色。3．實驗流程提出問題：酵母菌使葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精是在有氧還是無氧條件下；酵母菌在有氧和無氧條件下細胞呼吸的產(chǎn)物是什么作出假設：針對上述問題，根據(jù)已有的知識和生活經(jīng)驗（如酵母菌可用于釀酒、發(fā)面等）作出合理的假設實驗結(jié)論：酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行細胞呼吸。在有氧條件下，酵母菌通過細胞呼吸產(chǎn)生大量的二氧化碳和水；在無氧條件下，酵母菌通過細胞呼吸產(chǎn)生酒精，還產(chǎn)生少量的二氧化碳特別提示：①空氣通入A瓶之前先用NaOH溶液吸收CO2，排除空氣中CO2對實驗結(jié)果的干擾。②B瓶應封口放置一段時間后，再連通澄清石灰水，其原因是：封口放置一段時間后，酵母菌會將瓶中的氧氣消耗盡，可以確保通入澄清石灰水(或溴麝香草酚藍水溶液)的CO2是酵母菌無氧呼吸所產(chǎn)生的。例1：（2010·南京模擬）酵母菌被廣泛應用于發(fā)酵，為研究酒精發(fā)酵的產(chǎn)物，某研究小組設計了如下圖所示的裝置。1號、2號試管中均加入3mL蒸餾水和少許0.1%的溴麝香草酚藍水溶液至藍綠色（若酸性較強時，溴麝香草酚藍水溶液呈黃色）。下列有關(guān)敘述合理的是()A．1號試管可以去除或?qū)?號試管中的溴麝香草酚藍水溶液換成澄清石灰水B．該裝置無法檢驗CO2的生成，仍需再補充其他裝置C．溫度偏高導致發(fā)酵管內(nèi)O2少，酵母菌繁殖速率減慢，不利于發(fā)酵D．為使發(fā)酵管中含有盡量少的O2，應先將葡萄糖溶液煮沸，待冷卻后加入鮮酵母，再加入少許石蠟油，使之浮于混合液表面答案：D解析：1號試管起對照作用。酵母菌產(chǎn)生的CO2會使2號試管中的溴麝香草酚藍水溶液由藍綠色變成黃色，無需補充其他裝置。80℃條件下導致酵母菌死亡和發(fā)酵過程中酶變性失活。酵母菌在無氧條件下發(fā)酵產(chǎn)生酒精；發(fā)酵前將葡萄糖溶液煮沸，會使其中的O2逸出；冷卻后加酵母菌是防止高溫殺死酵母菌；加石蠟油是為了避免O2進入溶液，以達到隔絕空氣的目的。變式訓練1為驗證“酵母菌分解葡萄糖時只在無氧條件下能產(chǎn)生酒精”，某生物課題組設置了實驗進行探究。實驗原理：橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下與酒精發(fā)生化學反應，變成灰綠色。實驗步驟如下：①用開水配制5%葡萄糖溶液200mL，冷卻到室溫(26℃)后，加入20g新鮮的食用酵母菌，配制成酵母菌培養(yǎng)液。②用注射器分別吸取100mL含酵母菌的葡萄糖溶液注入帶有橡皮塞并抽去空氣的錐形瓶A、B中（如上圖）。在適宜條件（無菌、25℃～35℃等）中培養(yǎng)數(shù)小時。③從A、B瓶中各取2mL酵母菌培養(yǎng)液的濾液，分別注入1、2兩支干凈的試管中。向試管中分別滴加0.5mL溶有0.1g重鉻酸鉀的濃硫酸溶液（體積分數(shù)為95%～97%），并輕輕振蕩，使它們混合均勻。④觀察試管中的溶液顏色變化。請回答該實驗中的一些問題：（1）配制培養(yǎng)液時，用開水配制并等到葡萄糖溶液冷卻后再加入新鮮食用酵母菌的原因是____________。（2）為什么要用注射器吸取溶液注入錐形瓶內(nèi)？____________。若實驗中只有敞口的錐形瓶，可采用什么方法使實驗能繼續(xù)進行？__________________________________。（3）請你預測檢測的結(jié)果，1、2兩支試管中的溶液顏色分別是______________________________________。（4）重鉻酸鉀可以檢測有無酒精存在。想一想，這一原理在日常生活中可以有什么用處？答案：（1）用開水配置可排除掉水中的O2；冷卻后再加入新鮮食用酵母菌是防止酵母菌死亡和酶遇高溫失活（2）避免空氣進入錐形瓶，盡量使錐形瓶內(nèi)保持無氧狀態(tài)在錐形瓶B的液面覆蓋石蠟油以隔絕空氣（3）1號橙色、2號灰綠色（4）重鉻酸鉀可以檢測有無酒精的存在這一原理可以用來檢測汽車司機是否喝了酒。[具體做法：讓司機呼出的氣體直接接觸到載有硫酸處理過的重鉻酸鉀硅膠(橙色)，如果呼出的氣體中含有酒精，重鉻酸鉀就會變成灰綠色的硫酸鉻。]解析：該實驗為驗證性實驗，其實驗的原理是：酵母菌無氧呼吸的終產(chǎn)物有CO2和酒精；橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下與酒精發(fā)生化學反應，變成灰綠色。設計了A、B兩組作為對照，A組為有氧條件，B組為無氧條件，除有氧和無氧這一單因子變量外，實驗中要保證其他因素都相同，排除無關(guān)因素對實驗結(jié)果的影響。比如：用開水配制葡萄糖溶液、錐形瓶加塞并抽去空氣、用注射器向錐形瓶內(nèi)注入酵母菌培養(yǎng)溶液等措施都是為了盡量保證無氧狀態(tài)。我們還可以通過在液面覆蓋石蠟油以隔絕空氣的措施來創(chuàng)造無氧的條件。難點2有氧呼吸和無氧呼吸1．有氧呼吸（1）概念：是指細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放能量，生成許多ATP的過程。（2）主要場所——線粒體雙層膜：內(nèi)膜向內(nèi)腔折疊成嵴，增大內(nèi)膜表面結(jié)構(gòu)積，其上分布有氧呼吸第三階段的酶基質(zhì)：分布有氧呼吸第二階段的酶（3）有氧呼吸過程圖解與三階段的比較①圖解：說明：圖示是某一植物細胞圖解（忽略細胞與線粒體大小比例）階段項目第一階段第二階段第三階段場所細胞質(zhì)基質(zhì)線粒體基質(zhì)線粒體內(nèi)膜反應物葡萄糖(C6H12O6)水＋丙酮酸[H]＋O2生成物丙酮酸＋[H]CO2＋[H]H2O產(chǎn)生ATP的數(shù)量少量少量大量與氧的關(guān)系不需要不需要必需②三個階段比較（4）有氧呼吸總反應式及各元素的去向2．無氧呼吸（1）概念：是指細胞在無氧條件下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物不徹底氧化分解，釋放能量，生成少量ATP的過程。（2）場所：細胞質(zhì)基質(zhì)。（3）過程：項目有氧呼吸無氧呼吸不同點條件需O2、酶和適宜的溫度不需O2，需酶和適宜的溫度場所細胞質(zhì)基質(zhì)(第一個階段)線粒體基質(zhì)(第二個階段)線粒體內(nèi)膜(第三個階段)細胞質(zhì)基質(zhì)產(chǎn)物CO2和H2O酒精和CO2或乳酸能量2870kJ/mol,1161kJ轉(zhuǎn)移至ATP中，1709kJ以熱能形式散失。利用率40.45%，產(chǎn)生38molATP196.65kJ/mol(乳酸)，利用率31.06%。222kJ/mol(酒精)，利用率27.51%。均有61.08kJ轉(zhuǎn)移至ATP中，產(chǎn)生2molATP3．有氧呼吸與無氧呼吸的比較項目有氧呼吸無氧呼吸相同點實質(zhì)分解有機物，釋放能量，生成ATP供生命活動需要意義①為生物體的各項生命活動提供能量②細胞呼吸能為體內(nèi)其他化合物的合成提供原料（如丙酮酸）聯(lián)系第一個階段從葡萄糖到丙酮酸完全相同，之后在不同條件，不同的場所，不同的酶的作用下沿不同的途徑形成不同的產(chǎn)物。葡萄糖→丙酮酸（3）有氧呼吸與無氧呼吸物質(zhì)的量的比例：①規(guī)律1：消耗等量的葡萄糖時，無氧呼吸與有氧呼吸產(chǎn)生的CO2物質(zhì)的量之比為1:3。②規(guī)律2：消耗等量的葡萄糖時，有氧呼吸消耗的氧氣的物質(zhì)的量與有氧呼吸和無氧呼吸產(chǎn)生的CO2物質(zhì)的量之和的比為3:4。③規(guī)律3：產(chǎn)生等量的CO2時，無氧呼吸與有氧呼吸消耗的葡萄糖物質(zhì)的量之比為3:1。④規(guī)律4：產(chǎn)生等量的CO2時，無氧呼吸與有氧呼吸產(chǎn)生的ATP物質(zhì)的量之比為3:19。⑤規(guī)律5：消耗等量的葡萄糖時，無氧呼吸與有氧呼